基于plc的自动洗车机

第一篇：基于plc的自动洗车机

基于PLC的自助洗车机设计

摘 要

随着我国汽车保有量的迅速提高，汽车清洗行业迎来了一个重要的发展机遇，自助洗车机作为洗车工作必不可少的设备，其清洗效果，清洗速度，清洗成本以及对节水和环境保护的要求，成为其开发和生产必须要考虑的内容。

本文主要通过对自助洗车机功能要求和运行分析，确定了自助洗车机的总体设计方案。并主要进行了自助洗车机的驱动和控制系统的设计，针对自助洗车机的特点，采用自助投币，喷水，洗刷，喷洒清洗剂和风干等过程，应用了可编程控制技术对自助洗车机PLC控制系统进行了硬件设计和软件编程。PLC采用梯形图编程语言，并应用了组态王软件，对其运行过程实行监控，最终达到了实现自助洗车机的传动和控制要求。

关键词：可编程控制器;自助洗车机; 控制

目 录

1 绪论 ........................................................... 1 2 系统的硬件配置 ................................ 错误!未定义书签。 2.1 PLC简介 ................................................... 1 2.2 PLC的分类 ................................................. 2 2.3 编程元件地址分配 ........................................... 2 3 系统软件设计 ................................................... 4 4 调试过程 ...................................................... 13 5 组态示例 ...................................................... 14 6 课设总结 ...................................................... 15 参考文献 ........................................................ 15

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1 绪论

当今的社会汽车行业发展迅猛，汽车维修保养行业竞争更是愈演愈烈，洗车机由此得以广泛应用。自助洗车机分为龙门往复式和隧道式两种机型，通过对毛刷，水泵，机体行走机构和风机等部件的驱动控制，全自动完成对车辆的刷洗和风干。龙门往复式洗一辆车仅耗时1.5min~4min，隧道式满负荷运行时每辆车仅耗时1.5min左右，避免了手工洗车用水的随意性。洗车机配备专用的水处理设备后，可对洗车污水进行回收净化循环利用，可以节约水资源，是一个很有发展前景的符合现代化建设需要的机电一体化产品。PLC可靠性高，编程简单且易维护，用作自助洗车机控制系统的核心，更能体现它的这些完美品质。以下是自助洗车机的优点：

(1)使用自助洗车机效率高，能大大减少劳动力、降低劳动强度，节省成本。 (2)一般使用新科技研发的自助洗车机清洗与人员手洗比起来更容易吸引客户，在提高整体形象的同时，又能大幅度提高的经济收入。

(3)自助洗车机完全可以采用循环水设备，水用量在原有上可减少1/3，更可有效的合理利用水资源，节能环保。

本次的总体设计选用西门子PLC控制，组态王来实现界面显示，使监控更为方便，达到对洗车机洗车过程中自助投币，喷水，洗刷，喷洒清洗剂和风干等过程的全面监控。

2.1 PLC简介

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”具有可靠性高，抗干扰能力强;配套齐全，功能完善，适用性强;易学易用，深受工程技术人员欢迎;系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造; 体积小，重量轻，能耗低等特点。广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。

第 1 页 2.2 PLC的分类

世界上PLC产品可按地域分成三大流派：一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，一个流派是日本产品。美国和欧洲的PLC技术是在相互隔离情况下独立研究开发的，因此美国和欧洲的PLC产品有明显的差异性。而日本的PLC技术是由美国引进的，对美国的PLC产品有一定的继承性，但日本的主推产品定位在小型PLC上。美国和欧洲以大中型PLC而闻名，而日本则以小型PLC著称。

本次课设综合实验台及其性能指标，最后决定采用西门子PLC S7-200系列。以下为西门子PLC系列产品简介：

西门子PLC主要产品是S

5、S7系列。在S5系列中，S5-90U、S-95U属于微型整体式PLC;S5-100U是小型模块式PLC，最多可配置到256个I/O点;S5-115U是中型PLC，最多可配置到1024个I/O点;S5-115UH是中型机，它是由两台SS-115U组成的双机冗余系统; S5-155U为大型机，最多可配置到4096个I/O点，模拟量可达300多路;SS-155H是大型机，它是由两台S5-155U组成的双机冗余系统。而S7系列是西门子公司在S5系列PLC基础上近年推出的新产品，其性能价格比高，其中S7-200系列属于微型PLC、S7-300系列属于中小型PLC、S7-400系列属于中高性能的大型PLC。

2.3 编程元件地址分配

根据要求，本次课程设计投币100元自助洗车机。有3个投币孔，分别为5元、10元及50元3种，当投币合计100元时，按启动开关洗车机开始动作，启动灯亮起。洗车机动作流程：

1) 按下启动开关之后，洗车机开始往右移，喷水设备开始喷水，刷子开始洗刷。 2) 洗车机右移到达右极限开关后，开始往左移，喷水机及刷子继续动作。 3) 洗车机左移到达左极限开关后，开始往右移，喷水机及刷子停止动作，清洁剂设备开始动作——喷洒清洁剂。

4) 洗车机右移到达右极限开关后，开始往左移，继续喷洒清洁剂。

5) 洗车机左移到达左极限开关后，开始往右移，清洁剂停止喷洒，当洗车机往朽移3s后停止，刷子开始洗刷。

第 2 页 6) 刷子洗刷5s后停止，洗车机继续往右移，右移3s后，洗车机停止，刷子又开始洗刷5s后停止，洗车机继续往右移，到达右极限开关停止，然后往左移。

7) 洗车机往左移3s后停止，刷子开始洗刷5s后停止，洗车机继续往左移3 s后停止，刷子开始洗刷5s后停止，洗车机继续往左移，直到碰到左极限开关后停止，然后往右移。

8) 洗车机开始往右移，并喷洒清水与洗刷动作，将车洗干净，当碰到右极限开关时，洗车机停止前进并往左移，喷洒清水及刷子洗刷继续动作，直到碰到左极限开关后停止，并开始往右移。

9) 洗车机往右移，风扇设备动作将车吹干，碰到右极限开关时，洗车机停止并往左移，风扇继续吹干动作，直到碰到左极限开关，则洗车整个流程完成，启动灯熄灭。

表1 I/O分配表

输入信号 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6

信号元件及作用 左极限开关 投币5元按钮 投币10元按钮 投币50元按钮 启动开关 投钱复位按钮 右极限开关 复位按钮 右移 左移 喷水 刷子洗刷 喷洒清洁剂 风扇吹干 复位灯

3 系统软件设计

第一部分：投币程序(网络1~网络6)

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将MW10中的总钱数与100元比较，大于100元，按启动开关，启动灯亮

第二部分：洗车程序(网络7~网络40)

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复位程序(网络41~网络43)

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4 调试过程

为了准确发现系统存在的问题，需要进行系统调试，调试的顺序按照先硬件后软件，先局部后整体的顺序来完成。

(一)硬件调试

系统的硬件安装过程及针对各单元模块的硬件电路调试，检验其是否符合设计初衷，能否达到相应指标。硬件调试主要包括按键电路的调试、驱动电路的调试、电源部分的调试几部分。为保证整个系统能够正常工作，首先要保证电源系统正常工作。

其次是驱动电路的调试，这一部分调试主要是I/O口的检查。调试的关键在于确定数码管电路连接是否正确。再次是按键电路的调试，这一部分主要是按钮是否对应好，接线是否正常，特别是相关复位按钮。最后是洗车部分的调试，这一部分占了设备的绝大部分。

(二)软件调试

本部分主要介绍了自助洗车机控制系统的软件调试过程，检验其是否符合设计初衷，能否达到相应的指标。 首先是投币子程序的调试，这一部分的调试的关键是投币时程序是否能得到信号，在满足条件的情况下能否得到响应等。最后是主程序的调试，通过假定输入一定的初值看看程序运行是否正常。

(三) 整机调试

整个系统调试顺序按照先硬件后软件，先局部后全部的顺序调试，当软件与硬件都调试无误之后，就可以整机调试，整机调试也就是整个系统设计的功能测试。

5 组态示例

下

(一)，

(二)两图，为自助洗车机启动工作后向左至左极限的两次洗车过程的组态示例图，如下所示(向右至右极限同理)：

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。。。组态画面示例图

(一)

组态示例图

(二)

第 15 页 6 课设总结

通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。

在本次设计中，还学习到了大量以前没有学到过的知识。在查阅资料的过程中，我懂得了要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中使我查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。在平时，我所学习的知识是有限的，在以后的工作中肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我受益非浅。

在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心。

参考文献

[1] 赵相宾. 可编程控制器技术与应用系统设计. 机械工业出版社，2002 [2] 廖常初. PLC编程及应用. 机械工业出版社，2005 [3] 胡学林. 可编程控制器原理及应用. 电子工业出版社，2007 [4] 苗常初. PLC编程及应用. 机械工业出版社，2003 [5] 易传禄. 可编程控制器应用指南. 上海科普出版社，2002 [6] 王兆义. 可编程控制器教程. 上海交通大学出版社，2006

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第二篇：基于PLC的锅炉供热控制系统

第一章 绪论

1.1锅炉的作用及供热控制系统现状 1.1.1 锅炉的作用

⑴ 锅炉及锅炉房是供热系统中热源产生的主要设备。

⑵ 锅炉是化工、石化、冶金、轻纺、造纸等工矿企业主要动力机供热设备。 ⑶ 锅炉是能源工业发展的主要组成部分。 1.1.2 供热系统现状

锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备。它所产生的高压蒸汽，既可以作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动力源，又可作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，生产设备的不断创新，作为全场动力和热源的锅炉，也向着大容量、高参数、高效率发展。为了确保安全，稳定生产，锅炉设备的控制系统就显得愈加重要。

随着经济的迅猛发展，自动化控制水平越来越高，用户对锅炉控制系统的工作效率要求也越来越高，为了提高锅炉的工作效率，较少对环境的污染问题，所以理由计算机与组态软件技术队锅炉生产过程进行自动控制有着重要的意义。其优越主要在于：首先，通过对锅炉燃烧过程进行有效控制，使燃烧在合理的条件下进行，可以提高燃料效率。由于工业鼓了耗煤量大，燃煤热效率每提高百分之一都会生产巨大的经济效益。其次，锅炉控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人际界面使运行参数在CRT上的集中监测，操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修改运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性。随着计算机控制技术应有的普及、可靠性的提高及交个的小降，工业锅炉的危机控制必将得到更广泛的应用。锅炉作为重要的动力设备，其控制的基本要求是供给合格的蒸汽，使锅炉蒸发量适应符合的要求。为此，生产过程的各个主要参数必须严格控制。锅炉设备是一个多输入、多输出的复杂控制对象，这些输入变量与输出变量之间是相互关联的。如果蒸汽负荷发生变化，必将引起汽包水位、蒸汽压力和蒸汽温度等的变化;燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位、蒸汽温度、炉膛负压;给水量的变化不仪影响汽包水位，而且对蒸汽压力、蒸汽温度等亦有影响;所以锅炉设备是多输入，多输出且相互关联的控制对象。 1.2燃煤锅炉自动控制的发展历史

燃煤锅炉是一个比较复杂的工业设备，有几十个测量参数、控制参数和扰动参数，它们之问相互作用，相互影响，存在明显的或不明显的复杂因果关系，而且测控参数也经常变化，存在一定的非线性特性，这一切都给锅炉的控制增加了 难度。 1.纯手动阶段

在六十年代以前，由于自动化技术与电子技术发展不成熟，人们的自动化观念还比较淡薄，这段时期的锅炉一般采用纯手动的控制方式，即操作工人通过经验决定送风、给水、引风、给煤的多少，通过手动操作器等方式来达到控制锅炉的目的。这样就要求司炉人员必须有丰富的经验，增加了工人的劳动强度，事故率高，更谈不上保证锅炉的高效率运行。 2.自动化单元组合仪表控制阶段

随着自动化技术与电子技术的发展，国外己经丌发并广泛应用了全自动工业锅炉控制技术。60年代自订期，我国工业锅炉的控制技术丌始发展，60年代后期我国引进了国外的全自动燃油工业锅炉的控制技术，70年代后期己经研制了一些工业锅炉的自动化仪表，正式将自动化技术应用于工业锅炉控制领域，因而热效率有所提高，事故率也有所下降。但是，由于采用单元组合仪表靠硬件来实现控制功能，可靠性低，精度不高，而且只能完成一些简单的控制算法，不能实现一些较先进的算法和控制技术，控制效果仍然不理想。 3.采用微机测控阶段

随着电子技术的发展，高集成度、高可靠性、价格低廉的微型计算机、单板机、单片机、工业专用控制计算机的出现以及在我固的广泛应用，为锅炉控制领域开辟了一片广阔的天地。运用计算机技术，开发出高效率、高可靠性、全自动的微机工业测控系统同益得到重视。80年代后期至今，国内己经陆续出现了各种各样的锅炉微机测控系统，明显地改善了锅炉的运行状况，但还不够完善，并对环境和抗干扰要求较高。 4.分散控制阶段

分散控制系统(DCS)也称集成控制系统，其本质是采用分散控制和集中管理的设计思想，分而自治和综合协调的设计，采用层次化的体系结构，从下到上依此分为直接控制层、操作监控层、生产管理层和决策管理层。DCS是以多台DDC计算机为基础，集分散型控制系统。目前分散控制系统大多采用可编程控制器(PLC)进行系统设计，工控机机PLC的组合，不但系统体积小、可靠性高，而且造价较低，得到了广大用户的青睐。 1.3锅炉运行的基本理论

1.燃料化学能妆花为热能—燃烧学

燃料产物：高温烟气 2.高温烟气向水放热—传热学

辐射放热：水冷壁等;对流放热：对流管束等 3.水吸热：气液两相流(水循环)

炉内放热：煤粉+空气混合燃烧(气固两相流)

油雾+空气混合燃烧(气液两相流)

烟气丢受热面的流动冲刷

第二章 锅炉供热控制系统的总体介绍

2.1锅炉供热控制系统的组成

目前我国的供热系统主要以燃煤锅炉为主体。而锅炉按照供热性质来分，可以分为热水炉和蒸汽炉两种。下面是供热控制系统的组成。该系统现有两台20T/H的热水炉、一台10T/H的热水炉、一台6T/H的蒸汽炉以及5个换热站组成。

整个供热控制系统可以分为一次网部分和二次网两个部分组成。一次网主要是冷水经锅炉加热并传送到换热站以自订的一次侧部分;而二次网则是在换热站中经过热交换，热水给用户供热，并返回换热站的部分。 2.2交流电机的变频调速系统介绍

传统的给水调节系统和燃烧系统都是采用定速泵和风机，以改变调节阀门开度来改变给水流量和风量。这种调节方式的缺点是给水泵消耗功率大，调节阀门承受的压力大，容易造成调节阀门的迅速磨损。为了节约能源，目前在大型锅炉中广泛采用变频调节，变频调整是一种高效的交流调整方法，它利用变频器实现了异步电动机的无级变速，锅炉控制采用变频调整是节能的有效途径.锅炉的应用面很广，应用量也很大。在化工、炼油、发电、造纸、制糖、化纤、纺织、印染等工业部门，锅炉是必不可少的重要的动力设备。锅炉风机一般按满足锅炉最大负荷设计选型，而一常工作却在额定负荷的70%左右，因此，风机驱动电机的裕量较大，节电潜力很大。锅炉风机的风量调节常用风门控制，即增加管路阻力，而驱动电机全速运转，其效率低、能耗大，大量电能被白白浪费掉，采用变频调整调节风量，不需要风门，管路阻力减少，系统所需风量减少，电机转速可以降低，由于电机的轴功率与转速的立方成正比，因此耗电量大幅度下降，节能效果是十分显著的。

2.3 燃煤锅炉的自动调节过程 2.3.1 燃煤锅炉的组成

锅炉安热疗种类分，大致有燃油锅炉、燃煤锅炉和燃气锅炉。所有这些锅炉，虽然燃料及其供给方式不同，但其结构大同小异，蒸汽发生系统和蒸汽处理系统是基本相同的。由以下几部分组成：

1.汽包：由上下锅筒和沸水管组成。水在管内受管外烟气加热，因而在管簇内发生自然循环流动，并逐渐汽化，产生的饱和蒸汽聚集在锅筒罩面。为了得到干度比较大的饱和蒸汽，在上锅筒中还装有汽水分离设备，下锅筒做为连接沸水管之用，同时储存水和水垢。

2.炉膛：是使燃料充分燃烧并放出热能的设备。煤由煤斗落在转动的链条炉蓖上，进入炉内燃烧。燃烧所需要的空气由炉排下面的风箱送入，燃尽的残渣被炉蓖带到除灰口，落入灰斗中。得到加热的高温烟气依次经过各个受热面，将热量传递给水后，经由烟囱排至大气。 3.省煤器：燃煤锅炉炉膛排除的烟气具有较高的温度，利用其热量可以加热进入汽包的冷水，一般省煤器由蛇形管组成。

4.空气预热器：继续利用离丌省煤器后的烟气余热，加热燃料燃烧所需要的空气的换热器。热空气可以强化炉内燃烧过程，提高锅炉燃烧的经济性，提高锅炉热效率。

5.引风设备：包括引风机、烟囱、烟道几部分，将锅炉中的烟气连续排出，保持炉膛的负压燃烧正常。

6.鼓风设备：由鼓风送风机、风道、风箱组成，供应燃料燃烧所需要的空气。

7.给水设备：由给水泵和给水管组成。给水泵用来克服给水管路和省煤器的流动阻力和锅炉的压力，把水送入汽包中。

8.水处理设备：用来清除水中杂质和降低给水硬度，防止锅炉受热面上结水垢或腐蚀锅炉，从而提高锅炉的经济性和安全性。

9.燃料供给设备：由运煤设备、原煤仓和储煤斗等设备组成，保证锅炉所需燃料的供应。

10.除灰除尘设备：分别为收集锅炉灰渣并运往存狄场地及除去烟气中灰粒的设备，以减少对周围环境的污染。 2.3.2燃煤锅炉的工作过程

锅炉最基本的组成是汽锅和炉子两大部分。燃料在炉子罩进行燃烧，将其化 学能转化为热能，高温的燃烧产物一烟气通过汽锅受热面将热能传递给汽锅内温 度较低的水，水被加热进而沸腾汽化，生成蒸汽。以某高校锅炉房的锅炉为例， 其工作概括起来应包括三个同时进行的过程：

1.燃料的燃烧过程：燃料煤加到煤斗中，借助于自重下落在炉排面上，炉排靠电动机通过变速齿轮减速后由链条来带动，将燃料煤带入炉内。新煤入炉，经预热阶段后开始着火，挥发物燃烧，同时焦炭也逐渐燃烧。燃料一面燃烧，一面向后移动。燃烧所需要的空气是由送风机送入炉体的风仓，向上通过炉排到达燃烧燃料层。风量和燃料量要成比例，进行充分燃烧，形成高温烟气。燃料燃烧剩下的灰渣，在炉排末端翻过除渣板后排入灰斗。燃烧过程进行得完善与否，是锅炉正常工作的根本条件。要使燃料量、空气量和负荷蒸汽量有一一对应的关系，这就是根据所需要的负荷蒸汽量来控制燃料量和送风量，同时还要通过引风设备控制炉膛负压。该过程的特点是时间常数和滞后时问都比较大，而且随着媒质、煤种及风量的改变，这两个参数将有很大的变化。

2.烟气向水(汽)等的传热过程：燃料燃烧所放出的热量使得炉内温度很高， 高温烟气与布置在炉膛四周墙面上的水管进行强烈的辐射传热。烟气将热量传递给管内的水后，由于引风机和烟囱的引力作用而向炉膛上方流动。沿途降低温度的烟气最后进入尾部烟道，经省煤器和空气预热器进行热交换，以较低的温度排出锅炉。

3.水的汽化过程：对于蒸汽炉来说，经过处理的水由泵加压，先流经省煤器而得到预热，然后进入汽锅。锅炉工作时，汽锅中的工作介质是处于饱和状态下的汽水混合物，它们位于烟气温度较低的对流管束中。由于受热较少，汽水混合物的容重较大;而处于烟气温度较高区的水冷壁和对流管束受热多，其相应工质的容重小：这样，容重大的工质向下流入下锅筒，而容重较小的工质则向上流入上锅筒，形成水的自然循环。由于上锅筒内的汽水分离设备和锅筒本身空间J内的重力分离作用，使汽水混合物得以分离。 2.4燃煤锅炉的自动调节任务

燃煤锅炉的任务是根据负荷要求，生产具有一定参数(压力和温度)的蒸汽和热水。为了满足负荷设备的要求，保证锅炉本身运行的安全性和经济性，它主要要实现下列自动调节任务：

1.出水温度控制：出水温度控制同路即锅炉的炉排控制回路，它通过调节炉排转速即调节给煤量的多少来调节锅炉的出水温度。锅炉出水温度是热水锅炉的最重要的参数，采用微机控制可有效克服人工控制的缺陷.微机内预存有各种室外温度下的标准供水温度及标准供水、回水温度差曲线，微机首先根据当的室外温度及一段时问的室外温度变化情况推算出室外温度的变化趋势，再由标准供水曲线上查得当前订锅炉的出水温度标准值，作为出水温度控制回路的给定值。微机根据锅炉当前出水温度与给定值的偏差大小，通过内部的控制算法调节炉排转速大小，使锅炉出水温度逐渐达到标准值。

2.回水压力控制：回水压力主要是指在一次网循环过程中，被加热的水在换热站中完成热交换，将热量交换给二次网以后的低温水返回锅炉中，在网管中的压力。回水压力的自动控制的目标是为了保证系统管道的安全性，通过控制补水泵和变频阀对回水压力进行控制。加热引起的热膨胀作用，使管道内压力逐渐身高，到升高一定值时，开启安全阀对系统泄压，避免由于管道压力过高引起的管道破裂或者损坏;在循环过程中，由于在管道中的泄漏情况，使的管道内压力逐渐降低，使的系统压力不足，影响供暖效果，需要开启补水泵对系统进行补水，以提高系统的回水压力。

3.汽包水位控制：锅炉汽包水位自动控制的目标就是使给水量跟踪锅炉的蒸发量并维持汽包水位在工艺允许的范围内。汽包水位是锅炉运行的主要指标，是一个非常重要的被控变量，维持汽包水位在一定的范围内足保证锅炉安全运行的首要条件。

4.蒸汽压力控制：蒸汽压力是衡量蒸汽供求关系是否平衡的重要指标，是蒸汽的重要工艺参数。压力过高，会加速会属的蠕变;压力太低，不能提供负荷符合要求的蒸汽。在锅炉运行过程中，蒸汽压力降低，表明负荷的蒸汽消耗量大于锅炉的蒸发量;蒸汽压力升高，说明负荷的蒸汽消耗量小于锅炉的蒸发量。因此，控制蒸汽压力，是安全生产的需要，是维持负荷正常工作的需要，也是保证燃烧经济性的需型。

锅炉蒸汽压力的变化是由于热平衡失调引起的.而影响热平衡的因素主要是燃烧热和蒸汽热，燃烧热的波动引起的热平衡失调称为“内扰”，而蒸汽热波动引起的热平衡失调为“外扰”，为了克服内外扰对蒸汽压力的影响，在各个基本的单炉蒸汽压力控制系统中，输入到锅炉的燃烧热必须跟随蒸汽热的变化而变化.以尽量保持热量平衡同时根据蒸汽压力与给定值的偏差适当增减燃料量以增加或减少蒸汽压力。

5.炉膛压力控制：燃烧过程中，应使引风量和送风量相适应。锅炉正常运行中，炉膛压力应保持在微负压状态下。负压过大，漏风严重，总的风量增加，烟气热量损失增大，不利于安全生产和环境卫生。

6.炉排转速控制：锅炉燃烧过程，用户需要的蒸汽量和蒸汽压力都不是不变的，用汽量有一个高峰和低谷消耗时期，为了能满足用户不同时段的用汽需求，给煤量的多少也要随之改变，即要控制炉排转速，调整燃烧给煤量。

7.维持经济燃烧：要使锅炉燃烧过程工作在最佳工况，提高锅炉的效率和经济性，关键问题是空气和燃料维持适当比例。要使得燃烧过程中不出现燃料燃烧不充分而导致一氧化碳和冒黑烟的现象，这就需要快速而精确地对燃烧进行自动调节，使空气和燃料呈现最佳的配比。

第三章 控制系统的设计

3.1 PLC软件介绍

PLC软件既有制造厂家提供的系统程序，又有用户自行开发的应用程序。系统程序为用户程序的丌发提供运行平台，同时，还为PLC程序的可靠运行及信号与信息转换进行必要的处理。用户程序由用户按具体的控制系统要求进行设计。 3.1.1模块式PIC的基本结构

可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，可编程逻辑控制器其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：

一、电源 可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去

二、中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。

三、存储器

存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

四、输入输出接口电路

1.现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。

2.现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。

五、功能模块

如计数、定位等功能模块。

六、通信模块 3.1.2 PLC的特点

1.编程方法简单易学：梯形图是使用得最多的PLC的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，提醒图语言形象直观，易学易懂。

2.功能强，性能价格比高：一台小型PLC内有成百卜千个可供用户使用的编程元件，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性价比。通过通信联网，PLC可以实现分散控制，集中管理。

3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强：PLC已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，使用能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。

4.可靠性高，抗干扰能力强：PLC使用了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。

5.系统的设计、安装、调试工作量下：PLC使用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中问继电器、时问继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。完成了系统的安装和接线后，在现场调试过程中，一般通过修改程序就呵以解决发现的问题，系统的调试时问比继电器系统少得多。

6.维修工作量小，维修方便：PLC的故障率很低，并且有完善的故障诊断功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程软件提供的信息，方便地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速的排除故障。 7.体积小，功耗低：对于复杂的控制系统，使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型PLC的体积仅相当于几个继电器的大小，因此可以将开关柜的体积缩小到原来的1/2～1/10。 3.2控制系统所用功能块

为支持结构化程序设计，STEP 7将用户程序分类归并为不同的块，根据程序要求，选用OB、FB、FC等逻辑块，而DB或DI则用来存储程序所需的数据。在某高校锅炉控制程序中使用了下列几种类型的块：

1.组织块(OB)：OB决定本系统程序的结构;

2.系统功能块(SFB)和系统功能(SFC)：SFB和SFC集成在S7CPU中可以用来访问一些重要的系统功能。

3.功能块(FB)：FB是带“存储区域”的块，可以自己编程这个存储区域;

4.功能(FC)：FC中是经常使用的功能的程序;背景数据块(背景DB)：当一个FB/SFB被调用时，背景DB与该块相关联，它们可以在编译过程中自动生成;

5.数据块(DB)：DB是用于存储用户数据的数据区域，除了指定一个功能块的数据，还可以定义可以被任何块使用的共享数据。

(1).组织块及其优先级：组织块是操作系统和程序的接El。它有操作系统调用并控制循环和中断驱动的程序的执行以及可编程控制器如何启动。它们还处理对错误的响应，通过编程组织块可指定CPU的反应。组织块决定各个程序部分执行的顺序。一个OB的执行可以被另一个OB的调用而中断。那个OB可以中断另一个OB由它的优先级决定，高优先级的OB可以中断低优先级的OB，其中用于主程序循环的OB 1优先级最高，背景OB优先级最低。如果被操作系统调用的OB多于一个，最高优先级的OB最先执行，其他OB根据优先级依次进行。

(2).功能(FC)：FC是“无存储区”的逻辑块。FC的临时变量存储在局域数据堆栈中，当FC执行结束后，这些数据丢失了。要将这些数据永久存储，FC也可以使用共享数据块。由于FC没有自己的存储区，所以必须为它指定实际参数，不能为一个FC的局域数据分配初始值。

(3).功能块(FB)：功能块是具有“存储功能”的块，用数据块作为功能块的存储器。传递给功能块的参数和静念变量存储在背景块中。临时变量存在本地数据堆栈中。当功能块执行结束时，存在背景块中的数据不会丢失，但存在本地堆栈中的数据将丢失。功能块使得对于经常使用的功能、复杂功能的编程变得容易。由两部分组成，一部分是每个FB的变量声明表，生命此块的局部变量;另一部分是逻辑指令组成的程序，程序要用到变量声明表中给出的局部数据。当调用FB时，需要提供执行时用到的数据或变量，将外部数据传递给FB，使得FB具有通用性，可被其他的块调用，以完成多个类似的控制任务。它至少具有一个背景数据块。功能FC和FB的区别是没有背景数据块，其不能使用静态变量，当完成操作后数据不能保持。

(4).共享数据块(DB)和背景数据块(DI)：如果某个逻辑块(FC，FB或OB)被调用，则它可以临时占用局域数据IX(L堆栈)。除了这个局域数据区，逻辑块还可以打开一个DB形式的存储区。与局域数据区中的数据不同，在DB中的数据当DB关闭时，也就是，当相应的逻辑块结束时，不会被删除。每个FB，FC或OB可从共享DB中读取数据，或将数据写入共享DB。当该DB退出时，这些数据保持在DB中。程序所需的大量数据或变量在数据块中，是实现各逻辑块之间交换，传递和共享数据的重要途径。数据块只有变量声明部分，没有程序。打开数据块时，用声明形式：View>Declaration View;也可用数据显示形式：View>Data View。可建立一个或多个数据块，每个数据块可大可小，但CPU对数据块及数据总量有限制。对数据块必须遵循先定义后使用的原则，否则，将造成系统混乱。数据结构形式有：基本数据类型，复式数据类型和用户数据类型。

(5).系统功能块(SFB)和系统功能(SFC)：在S7中不需要每个功能都自己编程，S7CPU提供了一些已经编号的程序块，这些块可在用户程序中进行调用 。1).统功能块(SFB)：系统功能块时集成在S7CPU中的功能块。SFB作为操作系统的一部分，不占用户程序空问。与FB相同，SFB也是“具有存储能力”的块。用户必须为SFB生成背景数据块，并将其下载到CPU中作为程序的一部分。

2).系统功能(SFC)-系统功能时集成在S7CPU中的预先编号程序并通过测试的功能。可在程序中直接调用SFC属于操作系统的一部分，而不算做用户程序的一部分。与FC相同，SFC是“不具有存储能力”的块。

3.3 锅炉系统程序设计

锅炉供热控制系统的控制策略包括：稳定控制策略和动态识别控制策略等。稳定控制策略是指整个系统按照时间进行控制，对于不同的用户和不同的时间段按照固定温度进供暖，比如居民区，从凌晨4点到上午10点，按照一个温度值T1进行供暖;在10点到下午4点左右，按照温度值T2进行供暖;在下午4点到夜问10点左右，按照温度T3进行供暖;而在此以后到凌晨，则按照T4进行供暖。根据实际需要，其中T1，T3的值比，r2，T4的值相对较高。而对于教学楼，办公楼等用户，控制起来相对简单，在夜问只要采用低温供暖即可，白天则可以采用某一个固定值进行供暖。动态识别控制策略是指根据外界温度的变化，从而对室内温度进行调节控制。相比较上面两种控制策略，稳定控制策略控制方法比较简单，但是对于室外温度的感知很少，无法对室外温度的变化做出相应的反应;动念控制策略控制起来比较麻烦，但是对室外温度的变化能够做出适时的反应。对于上面两种控制方法各有利弊，所以本文采用的控制策略即使将稳定控制策略和动念识别控制策略揉和在一起，两种控制策略可以互相切换，既可以在平时控制起来比较方便，也可以对外界天气的变化做出相应的反应，控制起来比较人性化。对于整个系统的控制程序，在启动系统之后，首先进行参数的初始化程序，分别对系统累加器、定时器等功能块进行初始化，之后进行模拟量采集，对要求被控制的参数按照一定的时问间隔进行采集，然后调用相应的标度化程序对采集的参数进行标度化处理，使从外界采集到的实际工程数据转换成PLC内部可以直接使用的数据。在完成以上工作之后，各个回路调用自己相应的控制算法对系统中的四个控制回路的各个参数进行监测控制。同时启动报警控制程序，监测系统参数的越限情况。按此情况循环，实现整个系统的循环控制过程。

第四章 系统的抗干扰设计

4.1 PLC系统的抗干扰性

可编程控制器(PLC)在工业控制中应用越来越广泛，而PLC在工业控制的过程中，所在的工作环境十分复杂，各种干扰产生的影响不利于PLC系统的稳定运行，因此整个系统的抗干扰能力直接关系到PLC能否稳定、安全地运行。

4.1.1电磁干扰源及对系统的影响

影响PLC控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。控制系统中电磁干扰的主要来源空间的辐射电磁场干扰(EMI)主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若PLC系统置于射频场内，就会收到辐射干扰，其影响主要通过两条途径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰;二是对PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽进行保护。

4.1.2系统外引线的干扰

1.来自电源的干扰

实践证明，因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，可更换隔离性能更高的PLC电源来解决。PLC系统的币常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰在线路上的感应电压和电流。尤其是电网内部的变化，开关操作的浪涌、大型电力设备的起停、交直流传动引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性能并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。

2.来自信号线引入的干扰

与PLC系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源窜入的电网干扰，这往往被忽视;二是信号线受空间电磁辐射的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入的干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件的损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号问相互干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动作和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I/O模块损坏的情况相当严重。 3.来自接地系统混乱时的干扰

接地是提高电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正确的接地，即能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰：而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，会使PLC系统无法正常工作。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点问存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场作用下，屏蔽层内有时会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之问地耦合，形成干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存储，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。

4.1.3 PLC系统内部的干扰

来自系统内部的干扰主要由内部元器件及电路问的相互电磁辐射产生，如：逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件问的相互不匹配使用等。这些属于PLC制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门是无法改变的，可不必过多考虑，但应用时要选择内部抗干扰能力强的PLC控制器。 4.1.4 PLC控制系统工程应用的抗干扰设计

为了保证大连某高校PLC控制系统在工业电磁环境中免受或减少内外电磁干扰，必须从控制系统设计阶段丌始采取三个方面的抑制措施：抑制干扰源、切断或衰减电磁干扰的传播途经、提高控制装置和系统的抗干扰能力。在选择设备时，首先要选择有较高抗干扰能力的产品，其包括了电磁兼容性(EMC)，尤其是抗外部干扰能力，如采用浮地技术、隔离性能好的PLC系统。其次还应该了解生产厂家给出的抗干扰指标，如共模抑制比、差模抑制比、耐压能力、允许在多大的电场强度和多高频率的磁场强度环境中工作。主要考虑来自系统外部的几种干扰抑制措施。主要内容包括：对PLC系统及外部引线进行屏蔽以防空问电磁辐射干扰;对外部引线进行隔离、滤波，特别是动力电缆，应分层御置，以防通过外部引线引入传导电磁干扰;正确设计接地点和接地装置，完善接地系统。另外还可以利用数字滤波手段，进一步提高系统运行的可靠性。 4.2控制系统主要抗干扰措施

1.采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰在PLC控制系统中，电源占有及其重要的地位。电网干扰窜入PLC控制系

统主要通过PLC系统的供电电源(如CPU电源、I/O电源等)、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。现在，对于给PLC系统供电的电源，一般都采用隔离性能较好的电源，而对于变送器供电的电源和PLC系统有直接电气连接的仪表的供电电源，并没有受到足够的重视，虽然采取了一定的隔离措施，但普遍还不够，主要是使用的隔离变压器分布参数大，抑制干扰能力差，经电源耦合而窜入共模干扰、差模干扰。所以。对于变送器和共用仪表信号供电电源应选择分布电容小、抑制带大(如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术)的供电电源，以减少PLC系统的干扰。此外，为保证电网节点不中断，可采用在线式不问断供电电源(UPS)供电，提高供电的安全可靠性。而且UPS还具有较强的抗干扰隔离性能，是一种PLC控制系统的理想电源。

第三篇：基于VC的PLC数据采集管理系统

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基于VC的PLC数据采集管理系统 作者：李 波 舒朝君 江 彦 余 磊 刘永喜 胡玉庆 皮智敏 来源：《现代电子技术》2009年第06期

第四篇：基于plc机械手控制系统的工程设计

1 课题背景及研究意义

机械手是工业自动化领域中经常遇到的一种控制对象。近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴学科，并得到了较快的发展。机械手广泛地应用与锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。总之，机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段。国内外都十分重视它的应用和发展。

可编程序控制器(PLC)是专为在工业环境下应用而设计的实时工业控制装置。随着微电子技术、自动控制技术和计算机通信技术的飞速发展，PLC在硬件配置、软件编程、通讯联网功能以及模拟量控制等方面均取得了长足的进步，已经成为工厂自动化的标准配置之一。

由于自动化可以节省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊优越性，如通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程方法简单易学，因此工业领域中广泛应用PLC。机械手在美国、加拿大等国家应用较多，如用果实采摘机械手来摘果实、装配生产线上应用智能机器人等。我国自动化水平本身比较低，因此用PLC来控制的机械手还比较少。本次课题设计的机械手就是通过PLC来实现自动化控制的。通过此次设计可以更进一步学习PLC的相关知识，了解世界先进水平，尽可能多的应用于实践。

组态王是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在自动化领域中有着广泛的应用。本设计通过组态软件对机械手进行监控，将机械手的动作过程进行了动画显示，使机械手的动作过程更加形象化。

2 机械手

2.1 机械手介绍

Mechanical hand也被称为自动手，Auto hand能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

2.2机械手的分类

机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件(或工具)的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用 机械手有2~3个自由度。

机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手;按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种;按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。

机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。

机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。

2.3机械手的特点

机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如：

1. 机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。

2. 在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。

3. 可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。

4. 可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。

5. 宇宙及海洋的开发。

6. 军事工程及生物医学方面的研究和试验。

2.4 机械手的构成

机械手简述：机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但基本的组成形式是相同的，一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。

1. 执行机构 机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指与手臂的元件， 可以进行上下、左右和回转动作。简单的机械手可以没有手腕。支柱用来支撑手臂，也可以根据需要做成移动。

2. 传动系统 执行机构的动作要由传动系统来实现。常用机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。

3. 控制系统机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作。动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制

3 机械手控制方式的选择

3.1 控制方式的分类

传统的工业设备自动控制主要由继电器或分立的电子线路来实现，这种控制方式投资相对少一些，目前仅在一些旧式的、简单的工业设备中还有一定市场，但该控制方式却有以下致命缺陷：

(1) 仅适合于简单的逻辑控制;

(2) 仅适合特殊的工程项目，而没有通用性;

(3) 没有改动和优化的可能性。 伴随着工业自动化技术的迅速发展，我国工业领域的自动化已经基本实现了从继电器控制到计算机控制的转变，计算机控制方式具有以下两个特点：

(1) 硬件上至少有一个微处理器;

(2) 通过软件实现控制思想。

目前，工业自动化领域比较典型的控制方式有：

(1) 可编程序逻辑控制器(PLC);

(2) 工业控制计算机(IPC);

(3) 集散控制系统(DCS)。

3.2 PLC与工业控制计算机(IPC)和集散控制系统(DCS)的比较及选型

1. 各自技术发展的起源

计算机是为了满足快速大量数据处理要求的设备。硬件结构方面，总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优势。

集散系统从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算机为中心的集散系统，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主要用在连续过程控制，侧重回路调节功能。PLC是由继电器逻辑系统发展而来，主要应用在工序控制上，初期主要是代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。

近年来随着微电子技术、大规模集成电路技术、计算机技术和通信技术等的发展，PLC在技术和功能上发生了飞跃。在初期逻辑运算的基础上，增加了数值运算、闭环调节等功能，增加了模拟量和PID调节等功能模块;运算速度提高，CPU的能力赶上了工业控制计算机;通信能力的提高发展了多种局部总线和网络(LAN)，因而也可构成为一个集散系统。特别是个人计算机也被吸收到PLC系统中。PLC在过程控制的发展将是一智能变送器和现场总线，暨向下拓展功能，开放总线。

2. 相同点 在微电子技术发展的背景下，从硬件的角度来看，PLC、工业计算机、集散系统(DCS)之间的差别正在缩小，都将由类似的一些微电子元件、微处理器、大容量半导体存储器和I/O模件组成。编程方面也有很多相同点。

3. 不同点由于PLC和计算机属于两类产品，经过几十年的发展都形成了自身的装置特点和软件工具，实际上它们的区别仍然存在。

PLC用编程器或计算机编程，编程语言是梯形图、功能块图、顺序功能表图和指令表等。集散系统自身或用计算机结构形成组态构成开发系统环境。

特别需要提出的是，PLC与STD总线工控机的区别，无论从维修、安装和模件功能都很相似。PLC更适用于黑模式下运行，但在线运行时若要进行较大的程序修改，其能力略逊于STD工控机，但是从开关量控制而言，PLC的性能优于STD工控机。

总的来说，在选择控制器时，首先要从工程要求、现场环境和经济性等方面考虑。没有哪种控制器是绝对完善的，也没有哪种产品绝对差，只能说根据不同的环境选择更适用的产品。

本章小结

本章主要介绍了机械手的来源、研究背景及研究意义，机械手的分类、特点。由于机械手是在搬运中的应用，所以采用传送带加旋转的机械手类型。此机械手易于操作，性 能可靠。机械手的控制方式可以有多种，本文主要研究通过PLC来控制机械手。

第五篇：基于三菱PLC的双面铣床控制系统程序设计

摘 要：采用三菱PLC对双面铣床进行技术改造，针对双面铣床的控制要求，给出两种程序设计方案，并简单分析了各自的优缺点，PLC的应用不但大大提高了系统运行的可靠性和抗干扰能力，降低了设计运行的故障率，同时给设计维护带来极大的便利，对同类设备的技术改造有较大的参考价值。

关键词：PLC;铣床;工作方式;IST

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.012

PLC的全称是Programmable Logic Controller(可编程控制器)，刚引入国内时，曾简称为PC。后来，IBM-PC获得广泛应用，PC成了个人电脑的代名词，才改为PLC。PLC是一种智能产品，是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会(IEC)于1987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿，明确强调了PLC直接应用于工业环境，具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、搞干扰能力强，编程简单等特点。在工业领域中，PLC控制技术的应用已成为世界潮流。

在传统的机床控制系统中，都是采用继电器――接触器等元器件组成的硬件逻辑控制电路，在PLC出现之前，一直占主导地位，应用广泛。但是电气控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂，工艺难度高，不易更改，对生产工艺变化的适应性也差，所以用PLC控制取代传统机床电气控制系统是机床控制发展的主要趋势。它可以完美的解决传统机床电气控制系统的可靠性、柔性、开发周期、故障自诊断等问题。

铣床作为机械加工的通用设备，在汽车等配件生产加工中起着不可替代的作用。而双面铣床由于两面可同时加工，加工效率高，应用更为广泛，本文主要进行双面铣床的PLC控制程序设计。

1 双面铣床控制系统控制要求

工作台来回往返运动由液压驱动，工作台速度和方向由限位开关SQ1―SQ3控制。工作台与主轴循环工作过程为：工作台启动――向右快进(左动力头)――减速工进，同时主轴启动，加工结束――停止工进，主轴延时10S停转――工作台向左快退回原位――进入下一循环工作状态。右动力头的运行方向与左动力头相反。

控制要求：PLC设计时，工作方式设为自动循环、点动、单周循环和步进4种;主轴只在自动循环和单周循环时启动;要有必要的电气保护和联锁装置;自动循环时按下图的顺序动作。

2 PLC设计设计

2.1 采用IST指令实现程序设计

根据控制系统要求，该程序主要需包括四种工作方式，分别为自动循环、点动、单周循环和步进，最为简便的编程方法是使用功能指令的初始化指令IST(FNC60)。

梯形图源操作数S表明的是首地址，它有共8个位连号软元件元件组成，由开关量输入继电器X20～X27组成，其功能分别是：

X20：手动工作方式的输入控制信号;X21：返回原点工作方式的输入控制信号;X22：单步工作方式的输入信号;X23：单周期工作方式的输入控制信号;X24：全自动工作方式的输入控制信号;X25：返回原点的启动信号;X26：进入自动工作方式的启动信号;X27：停止。在开关量输入X20～X24中，不允许有两个或两个以上的输入端同时闭合，因此，必须选用满足该条件的转换开关，且该开关至少有五挡位置，当开关扳到某挡位置时，只有该位置的触点闭合，其他各位置的触点断开。在梯形图中，目的操作数D1和D2只能选用状态器S，其范围是S20～S899，其中D1表示自动工作方式所使用的最低位状态器，D2表示自动工作方式时所使用的最高位状态器。S0～S9是实际发始状态器地址编号。S0是各操作的初始状态，S1是原点回归的初始状态。

同时，与IST指令有关的特殊辅助继电器有8个。它们是M8040～M8047，其中M8040：转移禁止;M8040：转移开始;M8042：起动脉冲;M8043：返回原点完成，当M8043为1时，允许进入自动工作方式，当M8043为0时，表示返回原点未完成，不允许进入自动工作方式;M8047：STL监控有效。

因此，如果采用IST指令设计该双面铣床控制程序时，可将程序设计成四部分，第一部分IST指令;第二部分为手动程序，设计在状态点S0下;第三部分为返回原点程序，设计在状态点S1下，且在该部分程序最后，到达原点时对M8043置1，表示返回原点完成;第四部分为自动和单周程序，设计在状态点S2下。若X20为ON时，状态器S0为1，表示工作在手动工作状态;若X21为ON时，状态S1为1，处于返回工作原点状态，当返回工作原点完成时，M8043置1，，此时如果X22为ON，则工作于单步工作状态即步进状态，每按一次启动按钮，就进行一次状态转移，如果输入端X23为ON，则处于单周期工作状态，每按一次启动按钮，扫行完一个周期后，停止在起始状态S2;如果输入端X24为1时，则处于自动工作方式，循环执行用户程序。由此可见，该程序完全满足该双面铣床控制系统的四种工作方式。但是我们同时也可以发现，一旦采用IST指令，其输入端一次性占用X20～X27共8个输入点，对于三菱FX2N-32MR的PLC来说，有可能输入点是不够用的，并且它必须采用至少有五档的转换开关，那我们可不可以不采用IST指令同样也可以实现控制要求呢?

2.2 采用基本指令实现程序设计

2.2.1 程序的总体结构

图3为双面铣床的PLC梯形图程序的总体结构，将程序分为公用程序、手动程序和自动程序三个部分，其中自动程序包括单步、单周期、自动循环和自动回原点四部分。这是因为它们的工作都是按照同样的顺序进行，所以将它们合在一起编程更加简单。回原点程序放在自动程序的初始状态点S0中，因为自动循环等工作方式起点就要求动工作台处于原点位置，梯形图中使用跳转指令使得自动程序和手动程序不会同时执行。

2.2.2 各部分程序的设计

(1)公用程序。公用程序如图4所示，用于自动程序和手动程序相互切换的处理。当选择自动X

7、单周X

10、步进X11这三种工作方式时，程序跳转至P0执行自动程序，反之若选择的是手动X12，则执行手动程序。当执行手动程序时，首先将状态点S0～S13复位，同时将输出Y0～Y4复位，再进行手动工作方式，必免同时有两个活动步的异常情况，同时为避免手动工作时的越程故障，可在左动力头和右动力头输出上分别加上SQ3和SQ1的常闭触点，进行位置限制。

自动程序初始状态点S0的激活，由自动X

7、单周X

10、步进X11三个输入的并联进行触发，并采用边沿触发，如果采用普通触发，当以上三个输入开关闭合时，会出现初始状态点S0一直处于激活状态，当自动程序开始执行时，会同时出现两个活动步的异常情况，而采用上升沿触发，只有当开关合上一瞬间，初始状态点S0才会被激活，当下一个状态点满足条件激活时，S0状态点关闭。

步进工作状态依靠特殊辅助继电器M8040来实现，由启动按钮X0的常闭触点和步进工作状态选择开关S11的常开状态驱动特殊辅助继电器M8040。当步进选择开关S11闭合，没有按下启动按钮X0时，M8040为1，禁止状态转移，按下启动按钮X0时，常闭触点断开，M8040为0，允许状态转移，即跳转至下一个状态点，执行下一步动作，由此，每按一次，自动程序执行一步，即实现了步进控制。

(2)自动程序。自动程序功能图如图5所示，其中包含单周、自动循环以及自动回原点程序。其中单同和自动循环通过状态点S13下的跳转实现，当选择单周或步进时，程序跳转至状态点S0，当选择自动或步进时，程序跳转至状态点S10。自动回原点程序设计在初始状态点S0下。当返回原点后，即到达行程开关SQ1位置，给出原点信号Y5，作为下一个状态S10激活的条件之一。同时需注意的是，因为步进工作方式与自动程序是合在一起编程的，当程序工作在单周或自动时，满足下一个状态点激活条件时，则跳转至下一个状态点执行，而工作在步进工作状态时，尽管满足了下一个状态点激活条件，但没有按下启动按钮，程序不会执行下一个状态点的动作，即当前状态点一直处于激活状态，当前状态点也一直有输出，为了避免这种情况的出现，在每个状态点的输出元件上，加上条件限制，当满足跳转条件时，尽管没有跳转，当前状态点也无输出。如在状态点S10的输出元件前串上SQ2的常闭触点。

(3)程序调试。程序调试时，可各部分程序分别调试，然后再进行全部程序的调试，也可直接进行全部程序的调试。

3 总结

本文介绍的在双面铣床控制系统中应用PLC替代继电器―接触器电气控制线路的技术改造，经过实际运行，系统运行稳定可靠，能很好的保证其加工精度和定位精度，两个编程方法各有优缺点，采用IST指令，编程方法简单，程序结构清晰，但在工作方式的选择开关上一定要采用五档转换开关来实现，采用普通指令，编程较为复杂，但开关无特殊要求。总之，PLC的应用不但大大提高了系统运行的可靠性和抗干扰能力，降低了设计运行的故障率，同时给设计维护带来极大的便利，对同类设备的技术改造有较大的参考价值。

参考文献：

[1]王兆义.可编程控制器教程[M].机械工业出版社，2004(07).

[2]陈韦明，何美生.电气控制及PLC控制技术[M].北京交通大学出版社，2010(09).

[3]高级维修电工专业技能训练[M].中国劳动社会保障出版社，2004(06).